5c7892e5b95037e3

Egzamin 23.06.2009

1.    W pewnej instalacji używany jest azot, który pobierany jest ze zbiornika o objętości 10 m³. Warunkiem koniecznym zapewnienia odpowiedniej jakości produkcji jest stała temperatura azotu, która powinna być równa 400 K. W celu spełnienia tego warunku w zbiorniku umieszczona jest grzałka oraz mieszadło (wentylator) zapewniające jednorodną temperaturę w całej objętości. W czasie cyklu pracy trwającego 1 godzinę ze zbiornika wypływa gaz o wydatku 10 g/s, a średnia moc grzałki wynosi 1,0 kW. Obliczyć: (I) pracę mieszania; (II) średnią moc napędu mieszadła przy sprawności mechanicznej = 0,8; (III) końcowe ciśnienie, jeżeli ciśnienie na początku wynosiło 1 MPa. Masa molowa azotu 28 kg/kmol, azot traktować jako dwuatomowy gaz doskonały. B = 8315 J/(kmol K).

2.    Należy zamrozić 2 kg wody o początkowej temperaturze 10°C; temperatura lodu powinna wynosić -5°C. Ciepło od zamrażanej wody może być odprowadzane do powietrza wypełniającego izolowany zbiornik o objętości 100 m"; początkowa temperatura powietrza 25°C Obliczyć minimalną pracę, jaką należy doprowadzić do odwracalnej chłodziarki użytej do tego celu oraz współczynnik wydajności tej chłodziarki.

Dane: dla wody: c_w = 4,19 kJ(kg-K), c, = 2,1 kJ(kg-K), C_t - 335 kJ/kg;

dla powietrza: c_v~ 0,72 kJ(kg-K), gęstość powietrza p- 1,2 kg/m³,

3.    Działanie pewnego silnika zamodelowano trzema przemianami odwracalnymi: (1) przemianą sprężania, w czasie której ciśnienie wzrasta od 0,1 do 0,5 MPa, a temperatura od 300 do 400 K, (2) izobarą (3) izcchorą. Czynnikiem roboczym jest mieszanina helu i tlenu o równych udziałach masowych. Obliczyć sprawność teoretyczną tego obiegu. Narysować wykres obiegu we współrzędnych T-s i p-v. M_Ha = 4 kg/kmol, M_C2 = 32 kg/kmol; B = 8315 J/(kmol-K).

4.    Powietrze zewnętrzne o temperaturze 5⁵0 i wilgotności względnej cp = 0.7 przepływa przez nagrzewnicę, gdzie izobarycznie zwiększa temperaturę do t₂ = 25^cC. Jaka musi być moc cieplna urządzenia jeżeli wydatek objętościowy powietrza wilgotnego na wlocie wynosi 50 m³/min? Jaka jest wilgotność względna ogrzanego powietrza?

Dane: ciśnienie 100 kPa, p_s(5°C) = 0,872 kPa, p_s(25°C) = 3,166 kPa, ciepła właściwe: Cp₃ = 1 kJ/(kgK), c_w = 1,86 kJ/{kgK)

Zadanie 1

Mieszaninę, składającą się z 0,05 kmola gazu jednoatomowego i 0,05 kmola gazu dwuatomowego rozprężono od ciśnienia 1 MPa i temperatur)' 400 K do'ciśnienia 0,1 MPa i temperatur)' 300 K. w odwracalnej przemianie o stałym cieple właściwym. Obliczyć pracę i ciepło przemiany.

Zadanie 2

Dwa zbiorniki wodne, odizolowane od otoczenia znajdują się w równowadze cieplnej. Pierwszy z nich zawiera 10 kg wody o temperaturze 0°C, zaś drugi 8 kg wody i 2 kg lodu. Do pierwszego zbiornika doprowadzono za pomocą grzałki elektrycznej 1500 kj ciepła. Obliczyć temperaturę wody w obu zbiornikach w nowym stanie równowagi cieplnej oraz zmianę entropii układu dwóch zbiorników'. Ciepło właściwe wody wynosi 4,19 kJ/(kg-K), zaś ciepło topnienia lodu wynosi 333 kJ/kg.

Zadanie 3

Obieg silników)' realizowany jest przez gaz doskonały i składa się z następujących przemian: izobarycznej, w'której ciepło jest dostarczane i temperatura wzrasta dwukrotnie, izochorycznej, w której ciepło jest odbierane i ciśnienie spada 2,5-krotnie oraz poi i tropowej, zamykającej obieg. Jaki jest wykładnik przemiany politropowej? Jaka jest teoretyczna sprawność obiegu, jeżeli Cp/Cy = 1,625? Narysować ten obieg na wykresach we współrzędnych p-v i T-s.

Zadanie 4

Para przegrzana o ciśnieniu 0,1 MPa i temperaturze 150°C została izotermicznie sprężona do stanu pary wilgotnej o stopniu suchości 0,6. Obliczyć pracę i ciepło przemiany.

Dane: dla t = 150°C: p„ = 0,4749 MPa, v.” = 0,3938 m³/kg, r = 2112 kJ/kg, v, = 1,94 , m³/kg, ij = 2778 kJ/kg, si = 7,61 kJ/(kg-K). Narysować przemianę na wykresie i-s.